Ein Ultraschall-Dispersionsgerät ist ein Gerät, das das Ultraschallprinzip verwendet, um feste Partikel oder flüssige Dispersionen in Flüssigkeiten zu verteilen, das in Chemie, Pharmazie, Umweltwissenschaften, Materialforschung und anderen Bereichen weit verbreitet wird. Sein Prinzip hängt hauptsächlich von den physikalischen Effekten von Ultraschall ab, insbesondere von der Kavitationswirkung von Ultraschall, dem Scherkrafteffekt und dem Schallvibrationseffekt.
Prinzipien des Ultraschalldiffusors
Ultraschallkavitation (Cavitation)
Die Verbreitung von Ultraschall in der Flüssigkeit verursacht eine schnelle Vibration von Flüssigkeitsmolekulen, die, wenn die Intensität der Ultraschall ein gewisses Maß erreicht, kleine Blasen in der Flüssigkeit erzeugen, die sich unter Ultraschallwirkung ständig erweitern und schließlich zusammenbrechen, um eine starke lokale Hochtemperatur-Hochdruckzone zu bilden. Dieser Prozess wird als Kavitationseffekt bezeichnet.
Der hohe Flüssigkeitsstrom und die lokale hohe Temperatur, die durch den Kavitationseffekt erzeugt werden, können feste Partikel in die Flüssigkeit verteilen, die Ansammlung und Wiedervereinigung von Partikeln reduzieren und den Dispersionseffekt erreichen.
Der Zusammenbruch der Kavalisierungsblase erzeugt auch eine starke Schockwelle, die die Struktur der großen Partikel zerstört, wodurch die Partikel zerstört und zerstreut werden.
Ultraschall-Schneideffekt
Wenn die Ultraschallvibration in die Flüssigkeit übertragen wird, erzeugt sie eine sehr starke mechanische Scherkraft in der Flüssigkeit. Hochfrequenz-Vibrationen durch Ultraschall ermöglichen, dass flüssige Moleküle schnell vibrieren und größere Schnittkräfte erzeugen, die zwischen den festen Partikeln wirken und dazu beitragen, die Anziehungskraft zwischen den Partikeln (wie die Van der Waal-Kraft) und die statische Kraft zu überwinden, die Partikel-Reunion zu brechen und die festen Partikel gleichmäßig zu verteilen.
Eine hohe Schnerkraft hilft nicht nur, feste Partikel zu zerstören, sondern verbessert auch die Dispersionsfähigkeit in Flüssigkeiten und verhindert, dass Partikel sich absetzen oder ansammeln.
Ultraschall-Vibrationseffekt
Hochfrequenzschwankungen durch Ultraschallvibrationen können die molekulare Bewegung in der Flüssigkeit beschleunigen. Der Vibrationseffekt in Kombination mit dem Kavitationseffekt hilft, die Wechselwirkung zwischen Lösungsmittel und Lösungsmittel zu erleichtern. Bei der Streuung von Partikeln können Ultraschallvibrationen helfen, die Partikel besser in der Flüssigkeit zu verteilen, ohne sich leicht zu sammeln.
Ultraschallinstrumente übertragen häufig Ultraschallenergie an Flüssigkeiten über Sonden oder Sensoren, die durch Vibrationen ausgelöste Blasen, Schärkraft und Strömung gemeinsam in den Dispersionsprozess einwirken.
Temperatureffekt
Bei der Ultraschallarbeit steigt die Temperatur der Flüssigkeit, insbesondere unter der Wirkung des Kavitationseffekts können die lokalen Temperaturen und Drucke sehr hoch sein. Dieser partielle hohe Temperatureffekt hilft bei der Auflösung oder Dispersion bestimmter Substanzen, aber auch, um Schäden an empfindlichen Substanzen durch übermäßige Temperaturen zu vermeiden.
Zusammenfassung des Arbeitsprinzips des Ultraschallverteilers
Ultraschallsonde: Der Ultraschalldiffusor verwandelt elektrische Energie in mechanische Vibrationen durch eine Sonde, die Ultraschall in die Flüssigkeit überträgt. Die Vibrationen der Sonde verursachen eine Flüssigkeitsmolekuläre Bewegung und verursachen eine Kavalisierung in der Flüssigkeit.
Ultraschall-Kavalisierung und Scherkraft: Die Bildung und der Zusammenbruch der Kavalisierungsblasen erzeugen starke lokale hohe Temperaturen und hohen Druck, die die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeit und Partikel fördern. Gleichzeitig hilft die Wirkung der Scherkraft, die Partikel zu zerstreuen und gleichmäßig zu verteilen.
Dispersionseffekt: Durch diese physikalischen Effekte des Ultraschalls können sich feste Partikel schnell und gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilen, um die Ansammlung oder Ablage von Partikeln zu vermeiden und eine hohe Stabilität der Dispersionsflüssigkeit zu gewährleisten.
Anwendungsbereiche
Nanomaterialvorbereitung: Ultraschall-Dispersionsgeräte können Nanopartikel effektiv in der Lösung verteilen, die Reunion vermeiden und eine qualitativ hochwertige Nanomaterialdistribution erhalten.
Kosmetik- und Pharmaindustrie: In der Kosmetik- und Pharmaindustrie werden Ultraschalldispersoren häufig verwendet, um pharmazeutische Bestandteile oder Wirkstoffe in Kosmetika zu emulgieren und zu dispersieren, um die Stabilität und die Bioverfügbarkeit von Produkten zu verbessern.
Umweltschutz: Kann während der Wasseraufbereitung verwendet werden, um Schadstoffe im Wasser zu zerstreuen oder den Abbau gefährlicher Stoffe im Wasser zu fördern.
Lebensmittelverarbeitung: In der Lebensmittelindustrie können Ultraschallstreiber verwendet werden, um Partikel wie Gewürze, Farbstoffe usw. in Lebensmitteln zu streuen.
Vorteile und Herausforderungen
Vorteile:
Partikel, insbesondere Nanopartikel, können effektiv verteilt werden.
Der berührungsfreie Betrieb verhindert den direkten Kontakt mit der Probe.
Geeignet für eine Vielzahl von Flüssigkeiten, einschließlich hochviskoser Flüssigkeiten.
Herausforderungen:
Es kann eine thermische Wirkung auf bestimmte Lösungsmittel oder empfindliche Substanzen haben, die zum Abbau der Substanz führen.
Der Kavitationseffekt stellt hohe Anforderungen an Geräte und Betriebsumgebungen und erfordert die Berücksichtigung der Haltbarkeit des Materials und der Kontrolle der Ultraschallleistung.
Zusammenfassend wird der Partikelstreuungseffekt durch den Kavitationseffekt, den Scherkrafteffekt und den Vibrationseffekt des Ultraschalls erheblich verbessert. Es ist nicht nur in der Lage, kleine Partikel in Flüssigkeiten zu verarbeiten, sondern spielt auch eine wichtige Rolle in einer Vielzahl von Forschungs- und industriellen Anwendungen.